畢業(yè)論文--基于matlab的語(yǔ)音信號(hào)基音周期檢測(cè)(編輯修改稿)
2024-12-13 23:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的基音周期中被廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)橄嚓P(guān)處理 法抗波形相位失真強(qiáng)．另外它在硬件處理上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本文對(duì)語(yǔ)音信號(hào)基音周期檢測(cè)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上采用了中心削波和三電平削波的方法對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理。最后通過(guò) MATAIJB 軟件實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的基音周期檢測(cè)。 二 、靖點(diǎn)檢測(cè) 漢語(yǔ)的音節(jié)末尾都是濁音、只用短時(shí)能量就能較好地判斷一個(gè)詞語(yǔ)的末點(diǎn)。因此漢語(yǔ)孤立詞語(yǔ)的末點(diǎn)檢測(cè)不存在什么困難。漢語(yǔ)詞語(yǔ)的起點(diǎn)檢測(cè)不僅有一定難度，而且檢測(cè)是否準(zhǔn)確對(duì)語(yǔ)音識(shí)別性能影響頗大，因?yàn)榇蠖鄶?shù)聲母都是清聲母，還有送氣與不迭氣的塞音和塞擦音，將它們與環(huán)境噪聲分辨是比較因難的。 語(yǔ)音剛開(kāi)始的 一段，其短時(shí)能量的大小與背景噪聲的短時(shí)能量大小差不多，因此要想可靠地檢測(cè)到語(yǔ)音起點(diǎn)，存在較大困難。雙門(mén)限法是考慮到語(yǔ)音開(kāi)始以后總會(huì)出現(xiàn)能量較大的濁音，設(shè)一個(gè)較高的門(mén)限 T1 用以確定語(yǔ)音已開(kāi)始，再取一個(gè)比 T1 稍低的門(mén)限 T2，用以確定真正的起止點(diǎn)結(jié)束點(diǎn)。判斷清音與無(wú)話(huà)的差別，是采用另一個(gè)門(mén)限 T3，求越過(guò)該門(mén)限 “過(guò)零率”。只要取得合適，通常背景噪聲的低門(mén)限 T3 過(guò)零率值將明顯低于語(yǔ)音的低門(mén)限過(guò)零率值，這種方法普遍適用于有話(huà)、無(wú)話(huà)鑒別或者是詞語(yǔ)前端檢測(cè) [1]。短時(shí)平均過(guò)零率可以在一定程度上反映頻率的高低，和短時(shí)平均幅 度函數(shù)想結(jié)合起來(lái)就可以判斷聲音信號(hào)起止點(diǎn)的位置，即進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)。 三 、自相關(guān)檢測(cè)原理 對(duì)于離散的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)序列 x(n),自相關(guān)函數(shù)定義如下： 5 5 式（ ） 中， k 為信號(hào)的延遲點(diǎn)數(shù)。對(duì)于隨機(jī)性信號(hào)序列或周期性信號(hào)序列，自相 關(guān)函數(shù)定義為： 自相關(guān)函數(shù)具有以下的性質(zhì)：如果序列 x(n)具有周期 N ，則其自相關(guān)函數(shù)也是同周期的周期函數(shù)。即： x(n)=x（ n + N)則： R(k)=R(k + N)清音信號(hào)沒(méi)有周期性，它的自相關(guān)函數(shù)也沒(méi)有周期， R(k)會(huì)隨著 k的的 增大迅速衰減。濁音信號(hào)具有準(zhǔn)周期性，它的自相關(guān)函數(shù) R(k)具有與 {x(m)}相同的周期。自相關(guān)法基音檢測(cè)正是利用 R(k)的這一性質(zhì)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行基音檢測(cè)的。 四 、基音檢測(cè)頂處理 為了提高自相關(guān)法和平均幅度差函數(shù)法檢測(cè)基音周期的可靠性，采用兩種預(yù)處理方法對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理[1]： （一） 中心削波處理 中心削波處理時(shí)使用如圖 1 所示的中心削波函數(shù)進(jìn)行處理： 其中削波電平 CL 一般取最大信號(hào)幅度的 60％一 7O％圖 1． 2 給出了中心削波處理后的結(jié)果。中心削波后，再用自相關(guān)法檢出基音頻率，錯(cuò)判為倍頻或分頻的情況就可大大減少了。 (二 )為了減少自相關(guān)計(jì)算中的乘法運(yùn)算，可以把上述中心削波以后的信號(hào) {y(n)}的自相關(guān)用兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)代替，其中一個(gè)信號(hào)是 (y(n))另一個(gè)信號(hào)是對(duì) {y(n)}進(jìn)行三電平量化產(chǎn)生的結(jié)果 {y39。（ n） }即： 顯然 y39。（ n） 只有 1， O， +1 三種可能的取值，因而這里的互相關(guān)計(jì)算只需做加減法，而這個(gè)互相關(guān)序列的周期性與 {y(n))的自相關(guān)序列是近似相同的 [1]。 6 6 五 、 短時(shí)自相關(guān)函數(shù)法 能 量 有 限 的 語(yǔ) 音 信 號(hào) {( )}sn 的 短 時(shí) 自 相 函 數(shù) 定 義 為1m0R 39。n [ ( ) ] [ ( ) ( ) ]N s n m s n m w m? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?（ ） = ，其中， ? 為移位距離， w（ m）是偶對(duì)稱(chēng)的窗函數(shù)。 短時(shí)自相關(guān)函數(shù)有以下重要性質(zhì)： 如果 {( )}sn 是周期信號(hào)，周期是 P，則 R39。?（ ） 是周期信號(hào)，且周期相同，即 R39。 39。(P+ )??（ ） =R 。 當(dāng) ? =0 時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有最大值，即在抽樣 0， ? P, ? 2P,... ,周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)達(dá)到最大值。 自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，即 R39。 39。( )??（ ） =R 。 短時(shí)自相關(guān)函數(shù)法基音檢測(cè)的主要原理大都是利用短時(shí)自相關(guān)函數(shù) 的這一性質(zhì)，通過(guò)比較原始信號(hào)和它的移位后的信號(hào)之間的類(lèi)似性來(lái)確定基因周期的，如果移位距離等于基音周期，那么，兩個(gè)信號(hào)具有最大類(lèi)似性；或是直接找出短時(shí)自相關(guān)函數(shù)的兩個(gè)最大之間的距離，即作為基因周期的初估值。在實(shí)際采用短時(shí)自相關(guān)函數(shù)法進(jìn)行基音檢測(cè)時(shí)，可以采用兩種思路 i，一種是使用一 個(gè)窗函數(shù)，窗不動(dòng)，語(yǔ)音信號(hào)移動(dòng)，這是經(jīng)典的短時(shí) 自相關(guān)函數(shù)法。窗口長(zhǎng)度 N的選擇至少要大于基音周期的兩倍，越大，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)波形的細(xì)節(jié)就越清楚，更有利用基因檢測(cè)，但計(jì)算量較大，近年來(lái)由于高速數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）的使用，從而使得這一算法簡(jiǎn)單有效，而不再采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的快速福利葉變換法、遞歸計(jì)算法等 ； N越小，誤差越大，但計(jì)算量越小。另一種思路是使用兩個(gè)窗函數(shù)，為變形的短時(shí)自相關(guān)函數(shù)法。；兩個(gè)窗函數(shù)可以等長(zhǎng)不等起點(diǎn)，如協(xié)方差函數(shù)法；也可以不等長(zhǎng)，如短時(shí)相互關(guān)法。自相關(guān)函數(shù)特別適用于噪聲環(huán)境下的基音提取。但通常情況下，基因頻率與第一共振峰頻率比較接近，當(dāng)聲道響 應(yīng)的相關(guān)峰大于基音周期的自相關(guān)峰時(shí)，單獨(dú)使用自相關(guān)函數(shù)會(huì)導(dǎo)致半倍和雙倍基因的提取誤差。 六 、 短時(shí)平均幅度差函數(shù)法（ AMDF法） 語(yǔ)音信號(hào) {()}sn 的 短 時(shí) 平 均 幅 度 函 數(shù) 定 義 為 ：11201( ) s n m w m s n m
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